Nickel bioavailability and mobility in Oxisols in New Caledonia. Toxic effects of Ni on maize development and physiology.
Biodisponibilité du nickel dans les sols ferrallitiques ferritiques de Nouvelle-Calédonie. Effets toxiques de Ni sur le développement et la physiologie du maïs
Résumé
Nickel mobility and bio-availability have been characterized in Oxisols (sols ferrallitiques ferritiques) in New Caledonia. It turns out that they are higher in plains when comparing to piedmonts. This difference could be the result of Ni bound to goethite in plain soils.
Furthermore, the upper critical Ni concentration in the plant and in solution have been established. Maize growth is significantly reduced with 12 +- 3 µg Ni. g-1 DW in the shoots when their height is 75 cm at the level of the 9th leaf ligule. The toxic threshold in solution is a toxicity index depending on the activity of Ni, Ca and Mg.
Ni toxic effects on maize physiology are numerous. It appears that Ni mainly reduces root meristem mitotic activity, either by a reduction of sucrose supply due to an inhibition of starch degradation in the bundle sheath cell chloroplasts, or by a Ni-binding at the meristem level leading to a serious disturbance of its functioning. Moreover, Ni also decreases H+-pump activity of root plasmalemma ATPases. Differences in Ni sensitivity have been found between two maize cultivars. Physiological implications of Ni toxicity are discussed.
La mobilité et la biodisponibilite du nickel ont été caractérisés dans les sols ferrallitiques ferritiques de Nouvelle-Calédonie. Il s'avère qu'elles sont plus élevées dans les sols de plaine qu'en piedmont. Cette différence proviendrait principalement de la présence de Ni lié à de la goethite en plaine.
En outre, des seuils de toxicité de Ni dans la plante et dans la solution ont été définis. Ainsi, la croissance du maïs, au stade 75 cm de haut au niveau de la ligule de la 9e feuille dégainée, est significativement ralentie lorsque ses parties aériennes contiennent plus de 12 +- 3 µg de Ni/g MS. Dans la solution, le seuil défini est un indice de toxicité tenant compte des activités de Ni, Ca et Mg.
Les effets toxiques du nickel sur la physiologie du maïs sont nombreux. Il apparaît que Ni diminue principalement l'activité mitotique du méristème racinaire, soit par une réduction de l'apport de saccharose suite à un blocage de la dégradation de l'amidon dans les chloroplastes des cellules de la gaine périvasculaire, soit par une fixation au niveau du méristème pour en
perturber gravement le fonctionnement. Par ailleurs, Ni diminue également l'activité pompe à protons de l'ATPase plasmalemmique des racines. D'autre part, des différences de sensibilité au nickel ont été mises en évidence entre deux cultivars de maïs. Les implications de ces résultats sur la physiologie du maïs sont discutées.
